[实用新型]一种具有真实刻度的精密位移测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机械位移与机械长度物理量的精密测量方法和装置，属于机械设备制造中的精密测量领域。特别是涉及一种刻度直接读取的方法，用于替代光栅、磁栅等以栅格为特征的位移测量装置。 

背景技术

目前，以栅格为特征的位移测量装置被广泛应用在机械设备上，其特点是：测量精度高，测量距离长，特别是其在主尺上采用直接读取数字信号的方式进行测量比其他采用模拟信号方式进行测量的装置表现出更高的可靠性。具有代表性的装置如：光栅、磁栅等。 

这类装置在机械结构上采用栅格作为测量技术手段和方法。其特征是：栅距相等和栅形的一致。因此，在其后的信号处理上，必然导致将位移测量的距离数据化分为两个距离数据段分别处理：一段是采用增量编码的方法对栅格的数目进行累计，用于对整数倍于栅距的那部分距离进行计算；另一段是对不足一个栅距的那部分距离进一步的细分确定精确的位置。然后将两段数据相加，得到完整的测量结果。 

就增量编码而言，其特征是在累计的历史数值上进行加1或减1操作。这就使得历史数据上不仅有真实数据的累计结果，也存在着各种误差的累计。累计误差主要来源于换向误差，微震动产生的抖动误差，和产品的传动机构产生的回差。另外，如何能够保证历史数据无损的保存也是一个头疼的问题。历史数据的无限累计，最怕受到干扰。通常，数据是采用电子器件存放，不论是硬件方式还是软件方式，都怕电磁干扰。所谓智能化的位移装置都带有微处理器，通过适当的软件设计，可以使程序流程的不确定性不至于影响程序的正确运行。但是程序流程的不确定性对存储器中的数据的影响概率是存在的。 

上述问题在机械设备的使用中的主要表现是： 

1、怕失电：为了保证数据的存在，电子器件上不能断电。断电不仅会导致数据的丢失，更主要的是断电时的位移数据无法累计，使之前的累计结果丧失了存在的意义。电源电压的不稳定和附加在电源上的干扰也会导致累计结果误差。备用电池的寿命也制约了设备的可靠性。

2、怕电磁干扰，怕机械振动；在机加工现场，电磁干扰和振动是很大的。解决这些问题迫使测量装置电子和机械部分都变得很复杂，复杂性必然会牺牲可靠性。 

3、回零操作：以栅格为特征的位移测量装置没有固定的原点即零点。需要用一些手段在特定的位置产生一个零信号，制造出一个虚拟的零点。回零操作是在数据不能确定的时候，将工作给进行程回到零点的位置，用以清除旧的累计数据，从新开始计数。每次当设备启动时，都会将设备的进给行程移动到零点的位置校对零值，进行一次回零操作。在设备的使用中，通常要求尽量采用相对位移测量，相对位移测量就是在行程中临时的将累计数据清零，设置一个临时的起点，从这个起点开始测量计算相对位移。这样做的目的是避开原点，减少累计带来的误差。回零操作也存在回零误差。回零操作使设备表现不够完美，限制了设备的使用条件。 

4、在设备的终端显示结果中常会出现距离的刻度值，像一把尺子，有起始零点也有从零点开始的距离刻度。不过，这个尺子上的刻度不是从真实的位置读出来的，而是从零点开始累计换算出来的。也就是说这个尺子是虚拟出来的，它的刻度和真实的位置存在不确定的误差。 

5、像光栅，磁栅这样的装置判读栅格时，读出部分需要和主尺保持尽量小的微距离，克服摩擦问题是免不了的。 

6、由于上述原因的存在，使机械设备的自动化和网络化受到了限制。首先，如果使用数据库对加工的过程进行备份，就不能使用相对位移测量数据，必须有真实刻度值支持。因此现有设备很难建立一个大的数据库，用于存储各个不同零件的加工数据。因为在现有条件下，这样的数据库是不确定、不可靠的。再有，物联网技术的兴起，需要对多处的设备进行实时的监控，要知道设备进给行程的运行位置，现有设备是做不到的。一方面，相对测量的数据没有刻度值。另一方面，各种因素造成的累积误差不能够得到实时的修正。这些问题限制了现有设备的物联网应用。此外，数据库的建立也是机械设备物联网应用的基础。 

发明内容

本实用新型提供一种直接采集数字信号的装置。该装置不采用栅格设计，因此没有增量编码，进而不存在增量累计的问题。该装置采用真实刻度直接读取的方法获得刻度值和刻度位置信号，因此，不存在虚拟刻度带来的一系列问题。本实用新型要解决的关键技术问题是：在主尺上设置刻度并能够识别和读取，还要对刻度之间部分进行刻度细分。